石河子大学研究生(石河子大学研究生院)

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成果简介

近年来，MOF衍生材料在电池，电容器等储能应用中表现出优异的性能，作为具有大比表面积，孔径可调等优势的新型有机-无机杂化材料，金属有机框架（MOF）已被证明是衍生金属氧化物的理想前驱体，应用于水系锌离子电池（ZIBs）表现出更高的可逆容量和电化学活性。

近日，石河子大学化学化工学院陈龙副教授团队在《JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS》期刊发表名为““Oxygen vacancies enriched MOF-derived MnO/C hybrids for high-performance aqueous zinc ion battery””的论文，研究设计了一种Mn-BTC衍生并具有丰富氧空位的MnO/C杂化材料。将其应用于ZIBs中，在0.1 A g-1下比容量可达336.8 mAh g-1，并在长循环测试中表现出优异的稳定性，长达10,000圈的循环中具有73.8 %的容量保持率。

亮点一：本文在不同气氛下煅烧，探究了空气和氩气对氧空位形成的影响。其中在氩气中得到的氧空位较多，且由于MOF的特性获得的氧空位均匀分布在体相中。

亮点二：MOF衍生MnO/C杂化材料表现出颗粒组装而成的微球形貌，且MnO纳米颗粒负载在碳层上，提高了材料的稳定性和导电性。

亮点三：制备了PVA/ Zn(CF3SO3)2水凝胶电解质，成功组装了固态电池，并将电压窗口从0.8-1.8 V扩展到0.5-2.0 V。

图文导读

图1. MnO/C合成路线.

图2. MnO/C杂化材料的电子显微分析.

MnO/C颗粒直径约为15 nm，较小的粒径有利于提高比表面积，增强离子转移速率；同时图2d所示的碳包覆结构也有利于抑制Mn2+溶解，提高稳定性。

图3. MnO/C杂化材料的XRD, XPS, EPR表征.

图4. MnO/C杂化材料的电化学性能.

图5. MnO/C杂化材料的动力学分析及应用于固态电池.

小结

作者在室温下通过简单的配位反应得到了具有一维纳米棒结构的Mn-BTC。分别利用Ar和空气煅烧制备Mn-BTC衍生的MnO/C和Mn2O3。结果表明，MnO/C具有较多的氧空位和明显的碳包覆结构，有助于锰氧化物的电导率的提高。MnO/C作为ZIBs的阴极在0.1 A g-1下具有336.8 mAh g-1的高比容量，在1.0 A g-1下长循环10,000次后的稳定性为73.8 %。此外，MnO/C电极成功组装了固态ZIBs，并将电压窗口从0.8-1.8 V拓宽到0.5-2.0 V。本研究不仅提供了氧缺陷锰氧化物的构建工艺，而且拓展了MOF衍生锰氧化物作为ZIBs阴极的应用前景。

文献：

K. Sun, J. Pang, Y. Zheng, F. Xing, R. Jiang, J. Min, J. Ye, L. Wang, Y. Luo, T. Gu, L. Chen, Oxygen vacancies enriched MOF-derived MnO/C hybrids for high-performance aqueous zinc ion battery, J. Alloy. Compd., 923 (2022) 166470.

https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.166470

本文第一作者为石河子大学化学化工学院孙开胜硕士，通讯作者为陈龙副教授，通讯单位为石河子大学。

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